JP2012154736A - 放射線画像取得装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】広いエネルギー帯にわたってノイズの低減された放射線検出画像を取得すること。
【解決手段】この放射線画像取得装置１は、放射線を出射する放射線源２と、放射線源２から出射され、対象物Ａを透過した放射線の入射に応じて、シンチレーション光Ｌ１，Ｌ２を発生させる平板状の波長変換板３と、波長変換板３の放射線の入射側の面３ａから放射されるシンチレーション光Ｌ１を導光するミラー６ａ，６ｂと、波長変換板３の入射側の面３ａとは反対側の面３ｂから放射されるシンチレーション光Ｌ２を導光するミラー７ａ，７ｂと、ミラー６ａ，６ｂ，７ａ，７ｂによって導光されたそれぞれのシンチレーション光Ｌ１，Ｌ２を撮像する光検出器４と、ミラー６ａ，６ｂ，７ａ，７ｂによって導光されたそれぞれのシンチレーション光Ｌ１，Ｌ２を光検出器４に向けて導光するミラー８とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、放射線を照射して対象物の放射線像を取得する放射線画像取得装置に関する。
従来から、Ｘ線画像の検出技術に関しては、検出器に入射する放射線をその検出器で直接検出する方式である直接変換方式と、放射線をシンチレータを用いて光に変換してから検出器で検出する方式である間接変換方式が知られている。このような間接変換方式を採用した装置としては、シンチレータによって変換された可視光の検出効率を高めるために、２枚の固体光検出器の間に平面状のシンチレータを挟んで積層させてなる放射線検出器が考案されている（下記特許文献１参照）。
特開平７−２７８６６号公報
しかしながら、上述したような従来の構成では、２つの検出器が放射線の入射方向に位置しているため、検出器が被曝しやすく、検出器内部での放射線の直接変換信号によるノイズが発生する場合がある。また、放射線検出画像に検出器の影が映り込んでノイズが発生する傾向にもある。また、検出器によって放射線の減衰が生じるため低エネルギー成分の放射線検出画像が得られにくいという問題もあった。
そこで、本発明は、かかる課題に鑑みて為されたものであり、広いエネルギー帯にわたってノイズの低減された放射線検出画像を取得することが可能な放射線画像取得装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の放射線画像取得装置は、放射線を出射する放射線源と、放射線源から出射され、対象物を透過した放射線の入射に応じて、シンチレーション光を発生させる平板状の波長変換部材と、波長変換部材の放射線の入射側の面から放射されるシンチレーション光を導光する第１の光学部材と、波長変換部材の入射側の面とは反対側の面から放射されるシンチレーション光を導光する第２の光学部材と、第１及び第２の光学部材によって導光されたそれぞれのシンチレーション光を撮像する撮像素子と、第１及び第２の光学部材によって導光されたそれぞれのシンチレーション光を撮像素子に向けて導光する共通光学部材と、を備える。
このような放射線画像取得装置によれば、対象物を透過した放射線が波長変換部材によってシンチレーション光に変換されて、波長変換部材の放射線の入射面側およびその反対側の面から放射されたシンチレーション光が撮像素子によって検出されることにより、画像信号として検出可能にされる。このとき、波長変換部材の両面から放射されたシンチレーション光は、それぞれ、第１の光学部材および第２の光学部材から共通光学部材を経由して撮像素子に導光されるので、放射線の出射領域から撮像素子を離すことが可能になる。その結果、撮像素子によって検出される放射線検出画像におけるノイズの発生を低減することができ、広いエネルギー成分にわたって高コントラストの検出画像を取得することができる。
共通光学部材は、第１及び第２の光学部材によって導光されたシンチレーション光のうちからいずれかを選択して撮像素子に向けて導光する部材である、ことが好ましい。かかる共通光学部材を備えれば、１つの撮像素子によって波長変換部材の両面から放射されたシンチレーション光を検出することができるので、容易に装置の小型化を図ることができるとともに広いエネルギー成分の放射線検出画像を得ることができる。
また、共通光学部材は、第１及び第２の光学部材によって導光されたシンチレーション光を反射させるミラーと、ミラーを、シンチレーション光を撮像素子に向けて選択的に導光するように回転させる回転機構とを有する、ことも好ましい。かかる構成を採れば、波長変換部材の両面から放射されたシンチレーション光を互いに干渉することなく検出することができるので、デュアルエナジーの放射線検出画像を確実に得ることができる。
さらに、回転機構によるシンチレーション光の選択タイミングと、撮像素子による撮像タイミングとを同期させるように制御する制御手段を更に備える、ことも好ましい。この場合、デュアルエナジーの放射線検出画像を画像ずれを生じさせること無く検出することができる。
またさらに、共通光学部材は、第１及び第２の光学部材によって導光されたシンチレーション光の両方を同時に撮像素子に向けて導光する部材である、ことも好ましい。かかる共通光学部材を備えれば、波長変換部材の両面から放射されたシンチレーション光を同時に検出することができるので、デュアルエナジーの放射線検出画像を同時に得ることができる。
ここで、共通光学部材はＶ字型に配置されたミラーであってもよいし、Ｖ字型に配置されたビームスプリッタであってもよいし、プリズムであってもよい。
本発明によれば、広いエネルギー帯にわたってノイズの低減された放射線検出画像を取得することができる。
本発明の好適な一実施形態に係る放射線画像取得装置の概略構成図である。 本発明の変形例に係る放射線画像取得装置の概略構成図である。 図２の放射線画像取得装置によって検出される放射線検出画像のイメージを示す図である。 本発明の変形例に係る放射線画像取得装置の概略構成図である。 本発明の変形例に係る放射線画像取得装置の概略構成図である。 本発明の変形例に係る放射線画像取得装置の概略構成図である。
以下、図面を参照しつつ本発明に係る放射線画像取得装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、各図面は説明用のために作成されたものであり、説明の対象部位を特に強調するように描かれている。そのため、図面における各部材の寸法比率は、必ずしも実際のものとは一致しない。
図１は、本発明の好適な一実施形態に係る放射線画像取得装置１の概略構成図である。同図に示すように、放射線画像取得装置１は、半導体デバイス等の電子部品や食料品等の対象物Ａに向けてＸ線等の放射線を出射する放射線源２と、放射線源２から出射されて対象物Ａを透過した放射線を光に変換する波長変換板（波長変換部材）３と、波長変換板３によって変換された光を撮像する光検出器（撮像素子）４と、波長変換板３によって変換された光を光検出器４に向けて導光する光学系５とを備えている。この光検出器４は、入射する放射線を基に変換された光を検出して画像信号を生成するＣＭＯＳセンサ、ＣＣＤセンサ等の間接変換方式の検出器である。
波長変換板３は、放射線源２の放射線の出射方向に略垂直になるように配置された平板状の部材であり、対象物Ａを透過した放射線の入射に応じてシンチレーション光を発生させる。このような波長変換板３としては、Gd2O2S:Tb、Gd2O2S:Pr、CsI:Tl、CdWO4、CaWO4、Gd2SiO5:Ce、Lu0.4Gd1.6SiO5、Bi4Ge3O12、Lu2SiO5:Ce、Y2SiO5、YAlO3:Ce、Y2O2S:Tb、YTaO4:Tm等のシンチレータが挙げられ、その厚さは数μｍ〜数ｍｍの範囲で検出する放射線のエネルギー帯によって適切な値に設定されている。すなわち、波長変換板３は、対象物Ａを透過した放射線の入射に応じて、その放射線の入射面３ａおよび入射面３ａと反対側の面３ｂの両面から外部にシンチレーション光を放射する。入射面３ａから放射されるシンチレーション光Ｌ１は、入射した放射線のうちの主に低エネルギー成分から変換されたものとなる。その一方で、面３ｂから放射されるシンチレーション光Ｌ２は、入射した放射線のうちの主に高エネルギー成分から変換されたものとなる。これは、低エネルギー帯の放射線は波長変換板３の内部の入射面３ａ側でシンチレーション光に変換されやすいのに対して、高エネルギー帯の放射線は、波長変換板３を透過して波長変換板３の内部の面３ｂ寄りでシンチレーション光に変換されやすいためである。
光学系５は、波長変換板３から放射されたシンチレーション光の光路を制御する光学部材としての５つのミラー６ａ，６ｂ，７ａ，７ｂ，８と、ミラー８を回転させる回転駆動機構９とによって構成されている。光学系５のうちのミラー６ａ，６ｂは、波長変換板３の入射面３ａ側に配置されて、入射面３ａから放射されたシンチレーション光Ｌ１を、放射線源２の放射線照射方向から分離された位置に向けて導光する。具体的には、ミラー６ａ，６ｂは、それぞれ、入射面３ａと放射線源２との間、及び、入射面３ａに沿ってミラー６ａから離れた位置に配置され、シンチレーション光Ｌ１を、波長変換板３から入射面３ａの延長方向に沿って離れた位置に配置されたミラー８に向けて順次反射させる。光学系５のうちのミラー７ａ，７ｂは、波長変換板３の入射面３ａとは反対側の面３ｂ側に配置されて、面３ｂから放射されたシンチレーション光Ｌ２を、放射線源２の放射線照射方向から分離された位置に向けて導光する。具体的には、ミラー７ａ，７ｂは、それぞれ、面３ｂから放射線源２の放射線照射方向に離れた位置、及び、面３ｂに沿ってミラー７ａから離れた位置に配置され、シンチレーション光Ｌ２を、波長変換板３から面３ｂの延長方向に沿って離れた位置に配置されたミラー８に向けて順次反射させる。
光学系５のミラー８は、波長変換板３から入射面３ａの延長方向に沿って離れた位置において、その反射面８ａの法線がシンチレーション光Ｌ１，Ｌ２の光路を含む平面に略平行となるように配置されている。また、ミラー８は、モータを内蔵する回転駆動機構９によって、シンチレーション光Ｌ１，Ｌ２の光路を含む平面に略垂直な軸を中心にして回転可能に支持されている。このような回転駆動機構９によって支持されたミラー８により、シンチレーション光Ｌ１，Ｌ２が、ミラー８から入射面３ａの延長方向に沿ってさらに離れて配置された光検出器４に向けて選択的に導光される。すなわち、回転駆動機構９によって反射面８ａをミラー６ｂ側に向けるようにミラー８を回転させる（図１の実線）と、シンチレーション光Ｌ１が光検出器４の撮像レンズ４ａに向けて反射される。その一方で、回転駆動機構９によって反射面８ａをミラー７ｂ側に向けるようにミラー８を回転させる（図１の二点鎖線）と、シンチレーション光Ｌ２が光検出器４の撮像レンズ４ａに向けて反射される。
さらに、放射線画像取得装置１は、回転駆動機構９の回転を制御する回転制御部１１と、ミラー８によるシンチレーション光Ｌ１，Ｌ２の選択のタイミングと光検出器４の撮像のタイミングとを制御するタイミング制御部１２と、光検出器４から出力された画像信号を処理する画像処理装置１３とを備えている。
詳細には、回転制御部１１は、タイミング制御部１２からの指示信号に応じて回転駆動機構９に制御信号を送出してミラー８の回転角度を制御する。タイミング制御部１２は、シンチレーション光Ｌ１を光検出器４に反射させるようにミラー８の回転角度を切り替えるために回転制御部１１に指示信号を送出すると同時に、光検出器４に対して、ミラー８の切り替えと同期してシンチレーション光Ｌ１を撮像するように指示信号を送出する。さらに、タイミング制御部１２は、シンチレーション光Ｌ２を光検出器４に反射させるようにミラー８の回転角度を切り替えるために回転制御部１１に指示信号を送出すると同時に、光検出器４に対して、ミラー８の切り替えと同期してシンチレーション光Ｌ２を撮像するように指示信号を送出する。画像処理装置１３は、光検出器４からシンチレーション光Ｌ１，Ｌ２を撮像した結果得られた２つの画像信号を取得し、それらの２つの画像信号を処理することによって対象物Ａに関する放射線透過像データを生成する。
以上説明した放射線画像取得装置１によれば、対象物Ａを透過した放射線が波長変換板３によってシンチレーション光Ｌ１，Ｌ２に変換されて、波長変換板３の放射線の入射面３ａ側およびその反対側の面３ｂからそれぞれ放射されたシンチレーション光Ｌ１，Ｌ２が、光検出器４によって検出されることにより、画像信号として検出可能にされる。このとき、波長変換板３の両面から放射されたシンチレーション光Ｌ１，Ｌ２は、それぞれ、ミラー６ａ，６ｂおよびミラー７ａ，７ｂからミラー８を経由して光検出器４に導光されるので、放射線の出射領域から光検出器４を離すことが可能になる。これにより、対象物Ａの放射線投影像に検出器の影が映り込むことなく、検出器による放射線の低エネルギー成分の減衰も無くなる。また、検出器自体に放射線が入射することによる直接変換ノイズの発生も少ない。さらに、波長変換板３の両面からのシンチレーション光を検出することで、低エネルギー成分の放射線透過像と高エネルギー成分の放射線透過像を取得することができる。その結果、放射線検出画像におけるノイズの発生を低減することができ、広いエネルギー成分にわたって高コントラストの検出画像を取得することができる。
また、ミラー８を用いてシンチレーション光Ｌ１，Ｌ２のうちからいずれかを選択して光検出器４に向けて導光する構成を採用することで、１つの検出器によって低エネルギー成分の放射線透過像と高エネルギー成分の放射線透過像を取得することができるので、容易に装置の小型化を図ることができるとともに広いエネルギー成分の放射線検出画像を得ることができる。さらに、ミラー８等の光学系５の共用部分については光軸や歪の補正等の調整作業も簡素化される。
また、ミラー８を回転駆動機構９によって回転可能にすることで、波長変換板３の両面から放射されたシンチレーション光Ｌ１，Ｌ２を互いに干渉することなく検出することができるので、デュアルエナジーの放射線検出画像を確実に得ることができる。
さらに、回転駆動機構９によるシンチレーション光Ｌ１，Ｌ２の選択タイミングと、光検出器４による撮像タイミングとを同期させるように制御するので、デュアルエナジーの放射線検出画像を画像ずれを生じさせること無く検出することができる。その結果、２つの放射線検出画像を基に対象物Ａの放射線透過像を得る際の画像処理が単純化される。
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、シンチレーション光Ｌ１，Ｌ２を導光する光学系の構成としては様々な変形例を採用することができる。
例えば、図２に示す本発明の変形例である放射線画像取得装置１０１のように、光学系１０５のうちの共通部分が２枚のミラー１０８，１０９をＶ字型に配置した構造であってもよい。ミラー１０８はその反射面１０８ａをミラー６ｂに向けられ、ミラー１０９はその反射面１０９ａをミラー７ｂに向けられている。このようなミラー１０８，１０９により、シンチレーション光Ｌ１，Ｌ２の両方が光検出器４の撮像レンズ４ａに向けて同時に導光される。このような構造により、波長変換板３の両面から放射されたシンチレーション光Ｌ１，Ｌ２を同時に検出することができるので、デュアルエナジーの放射線検出画像を同時に得ることができる。なお、光学系１０５が暗い光学系、すなわち、絞りを絞った被写界深度が深い光学系であれば光学系５の構成のうちでミラー８をミラー１０８，１０９に入れ替えるだけである程度鮮明な検出画像を得ることができる。その一方、光学系１０５が明るい光学系、すなわち、Ｆ値が小さく被写界深度が浅い光学系の場合には、鮮明な検出画像を得るために、ミラー６ａとミラー６ｂとの間、及びミラー７ａとミラー７ｂとの間に、それぞれ、リレーレンズ６ｃ及びリレーレンズ７ｃが配置されていることが好ましい。ここで、図３には、放射線画像取得装置１０１によって検出される放射線検出画像のイメージを示す。このように、光学系１０５は、シンチレーション光Ｌ１，Ｌ２が光検出器４内の撮像素子の検出領域上に分割して導かれるように調整されているので、光検出器４から出力される画像信号ＳＧにおいては、シンチレーション光Ｌ１によって検出される低エネルギー成分の放射線検出画像Ｇ１とシンチレーション光Ｌ２によって検出される高エネルギー成分の放射線検出画像Ｇ２とが２分割して含まれることになる。
また、図４及び図５に示す本発明の別の変形例である放射線画像取得装置２０１ａ，２０１ｂのように、光学系２０５のうちの共通部分としてプリズム２０８ａ又はプリズム２０８ｂを配置した構造であってもよい。具体的には、プリズム２０８ａ，２０８ｂは、ミラー６ｂ側から入射したシンチレーション光Ｌ１の光路を光検出器４に向くように変更するとともに、ミラー７ｂ側から入射したシンチレーション光Ｌ２の光路を光検出器４に向くように変更する。図４に示すプリズム２０８ａは、４つの三角プリズムを貼り合わせて構成されたクロスダイクロイックプリズムであり、図５に示すプリズム２０８ｂは、２つの三角プリズムを一体化させることでＶ字型のくさびが形成された構造のプリズム、又はＶ字型のくさびを有するように成型された１つのプリズムである。このようなプリズム２０８ａ，２０８ｂを用いても、シンチレーション光Ｌ１，Ｌ２の両方を光検出器４の撮像レンズ４ａに向けて同時に導光することができる。
さらに、図６に示す本発明の別の変形例である放射線画像取得装置３０１のように、光学系３０５のうちの共通部分が２枚のビームスプリッタ３０８，３０９をＶ字型に配置した構造であってもよい。具体的には、ビームスプリッタ３０８，３０９は、それぞれの反射面３０８ａ，３０９ａの法線がシンチレーション光Ｌ１，Ｌ２の光路を含む平面に略平行となるように配置され、ビームスプリッタ３０９はその反射面３０９ａをミラー６ｂに向けられ、ビームスプリッタ３０８はその反射面３０８ａをミラー７ｂに向けられている。このようなビームスプリッタ３０８，３０９は、ミラー６ｂ及びミラー７ｂ側にそれぞれ配置されてＶ字型を形成している。このような光学系３０５の構成により、シンチレーション光Ｌ１，Ｌ２の両方が光検出器４の撮像レンズ４ａに向けて同時に導光される。このような構造により、波長変換板３の両面から放射されたシンチレーション光Ｌ１，Ｌ２を同時に検出することができるので、デュアルエナジーの放射線検出画像を同時に得ることができる。ここで、ビームスプリッタ３０８，３０９は、ハーフミラーであってもよいし、ビームスプリッタ３０８がシンチレーション光Ｌ１の波長領域を透過し、かつ、シンチレーション光Ｌ２の波長領域を反射する性質を有し、ビームスプリッタ３０９がシンチレーション光Ｌ２の波長領域を透過し、かつ、シンチレーション光Ｌ１の波長領域を反射する性質を有するものであってもよい。
また、対象物Ａを半導体デバイスとし、その半導体デバイスを検査対象とする半導体故障検査装置として上記実施形態の放射線画像取得装置を適用すると有効である。この場合、検査対象となる半導体デバイスを透過した放射線が撮像部（画像取得用の撮像素子）によりカットされることがないため、半導体デバイスの故障などを精度良く検出することができる。
１，１０１，２０１ａ，２０１ｂ，３０１…放射線画像取得装置、２…放射線源、３…波長変換板（波長変換部材）、３ａ…入射面、４…光検出器（撮像素子）、５，１０５，２０５，３０５…光学系、６ａ，６ｂ…ミラー（第１の光学部材）、７ａ，７ｂ…ミラー（第２の光学部材）、８，１０８，１０９…ミラー（共通光学部材）、２０８ａ，２０８ｂ…プリズム（共通光学部材）、３０８，３０９…ビームスプリッタ（共通光学部材）、９…回転駆動機構（共通光学部材）、１１…回転制御部（制御手段）、１２…タイミング制御部（制御手段）、Ａ…対象物、Ｌ１，Ｌ２…シンチレーション光。

Claims (8)

  1. 放射線を出射する放射線源と、
    前記放射線源から出射され、対象物を透過した前記放射線の入射に応じて、シンチレーション光を発生させる平板状の波長変換部材と、
    前記波長変換部材の前記放射線の入射側の面から放射される前記シンチレーション光を導光する第１の光学部材と、
    前記波長変換部材の前記入射側の面とは反対側の面から放射される前記シンチレーション光を導光する第２の光学部材と、
    前記第１及び第２の光学部材によって導光されたそれぞれの前記シンチレーション光を撮像する撮像素子と、
    前記第１及び第２の光学部材によって導光されたそれぞれの前記シンチレーション光を前記撮像素子に向けて導光する共通光学部材と、
    を備えることを特徴とする放射線画像取得装置。
  2. 前記共通光学部材は、前記第１及び第２の光学部材によって導光された前記シンチレーション光のうちからいずれかを選択して前記撮像素子に向けて導光する部材である、
    ことを特徴とする請求項１記載の放射線画像取得装置。
  3. 前記共通光学部材は、前記前記第１及び第２の光学部材によって導光された前記シンチレーション光を反射させるミラーと、前記ミラーを、前記シンチレーション光を前記撮像素子に向けて選択的に導光するように回転させる回転機構とを有する、
    ことを特徴とする請求項２記載の放射線画像取得装置。
  4. 前記回転機構による前記シンチレーション光の選択タイミングと、前記撮像素子による撮像タイミングとを同期させるように制御する制御手段を更に備える、
    ことを特徴とする請求項３記載の放射線画像取得装置。
  5. 前記共通光学部材は、前記第１及び第２の光学部材によって導光された前記シンチレーション光の両方を同時に前記撮像素子に向けて導光する部材である、
    ことを特徴とする請求項１記載の放射線画像取得装置。
  6. 前記共通光学部材はＶ字型に配置されたミラーである、
    ことを特徴とする請求項５記載の放射線画像取得装置。
  7. 前記共通光学部材はＶ字型に配置されたビームスプリッタである、
    ことを特徴とする請求項５記載の放射線画像取得装置。
  8. 前記共通光学部材はプリズムである、
    ことを特徴とする請求項５記載の放射線画像取得装置。
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